水工混凝土抑制堿骨料反應(yīng)的材料試驗(yàn)研究

1、水工混凝土抑制堿骨料反應(yīng)的材料試驗(yàn)研究周麒雯 , 楊軼( 中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院 , 四川 成都 610072)摘 要 : 對水工混凝土常用混合材中的粉煤灰 、磷渣 、硅粉以及鋰鹽渣進(jìn)行了抑制 AS R 的試驗(yàn)研究 。試驗(yàn)研究結(jié)果表明 : 在水工混凝土中摻用一定量的混合材可以有效地抑制 AS R 膨脹變形 。相比而言 , 硅粉抑制 AS R 的能力要優(yōu)于粉煤灰 , 而磷渣與鋰鹽渣抑 制 AS R 的效果則遜于粉煤灰 。關(guān)鍵詞 : 水工砼 ; 混合材料 ; 抑制 ; 堿骨料反應(yīng) ; 砼試驗(yàn)中圖法分類號 : TV43 ; TV42文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :B文章編號 :1003 - 9805 (2

2、008) 03 - 0040 - 06使用某些混合材置換部分水泥 , 不僅能延緩或抑制AS R , 而且對水工混凝土的其它性能也有一定的改 善作用 , 同時對節(jié)約資源 、保護(hù)環(huán)境也有重要意義 。本文結(jié)合水電工程的實(shí)際 , 對水工混凝土常用的粉煤灰 、磷渣 、鋰鹽渣及硅粉等混合材抑制 ASR 進(jìn)行 試驗(yàn)研究 。1前言防止混凝土堿骨料反應(yīng) ( AAR) 是當(dāng)今混凝土工程所面臨的重要課題之一 , 對其防治措施的研究已 引起世界上許多國家的高度重視 。一般來說 , AAR 是一個較緩慢的過程 , 混凝土有時需要幾十年時間 才會出現(xiàn)裂縫 , 特別是對于一些慢膨脹型的活性骨料 , 時間將會更長 。水利水電

3、工程較長的使用壽命 要求和水工混凝土所處的潮濕環(huán)境為 AAR 提供了 充分的時間和環(huán)境條件 。這表明在 AAR 方面 , 水工 混凝土比普通混凝土具有更大的危險性 。AAR 按 參與反應(yīng)的骨料類型分為堿硅酸反應(yīng) ( AS R) 和堿碳酸鹽反應(yīng) ( ACR ) 兩種 。因在水工混凝土中 ASR 較ACR 普遍 , 故本文主要針對抑制 AS R 進(jìn)行探討 。 使用非活性骨料對防止水工混凝土 ASR 而言是最安全可靠的措施 。但由于活性骨料特別是硅質(zhì) 活性骨料分布廣泛 , 以及受工程造價的影響 , 水工混凝土骨料的選擇余地愈來愈受到限制 。另外 , 目前 對評定骨料的堿活性特別是慢膨脹骨料的潛在堿活

4、 性尚無絕對可靠的方法 , 正確評定骨料的堿活性也 并非易事 。大量的試驗(yàn)研究表明 , 在水工混凝土中2試驗(yàn)原材料及試驗(yàn)方法試驗(yàn)采用的水泥品種為峨嵋中熱水泥 、雙馬中熱水泥及攀枝花中熱水泥 , 水泥的化學(xué)成分見表 1 ; 粉煤灰采用內(nèi)江 級粉煤灰以及攀鋼 504 廠的 級 粉煤灰 ; 磷渣采用川投電冶公司黃磷廠的磷渣 ; 硅粉采用成都東藍(lán)星科技發(fā)展的硅粉 ; 鋰鹽渣 采用射洪明珠集團(tuán)鋰業(yè)公司生產(chǎn)的鋰鹽渣 。混合材 的化學(xué)成分見表 2 。試驗(yàn)采用砂漿棒快速法 。其中粉煤灰 、磷渣以 及鋰鹽渣為等量取代 , 硅粉為外摻 。膠凝材料的堿含量則通過添加純度為 10 %的 NaO H 試劑調(diào)整 , 養(yǎng)

5、護(hù)條件為 80 、1mol/ L NaO H 溶液 。分別測量試件 不同齡期的膨脹率 , 并計(jì)算混合材對 AS R 膨脹的抑 制率 。表 1水泥的化學(xué)成分%水泥品種SiO2Fe2O3Al 2O3CaOMgOSO3燒失量堿含量201132011321103515351534121515951594168601486014864121410341031129014501452106119511950178015501550141峨嵋中熱水泥攀枝花中熱水泥 雙馬中熱水泥收稿日期 :2008 - 04 - 01作者簡介 : 周麒雯 (1962 - ) , 女 , 四川成都人 , 高級工程師 , 主要從

6、事水工混凝土堿骨料反應(yīng)及混凝土性能試驗(yàn)研究 。40表 2混合材的化學(xué)成分%混合材品種SiO2Fe2O3Al 2O3CaOMgOSO3燒失量堿含量511115113639158961021103121935174018101104121201512818331070113416861744146501541142641211152217101910151112921512115212641254117212611460178113821320159內(nèi)江 級灰504 廠的 級灰 川投磷渣成都東藍(lán)星硅粉射洪鋰鹽渣2106015質(zhì)石英砂巖為活性骨料 。311 粉煤灰摻量對 AS R 膨脹率的影響不同粉

7、煤灰摻量下的砂漿膨脹率曲線見圖 2 。 由試驗(yàn) 研 究 結(jié) 果 可 以 看 出 , 當(dāng) 粉 煤 灰 摻 量 分 別 為10 % 、20 % 、30 %和 35 % 時 , 其 14d 砂漿膨脹率值分別為不摻粉煤灰對比試樣的 5415 % 、1816 % 、1113 %和 916 % , 表明摻一定量的粉煤灰對于活性骨料的 AS R 膨脹有著明顯的抑制作用 , 并隨著粉煤灰的摻 量增加 AS R 膨脹率減小的幅度越大 。3粉煤灰抑制 AS R 的試驗(yàn)研究粉煤灰的化學(xué)成分以 SiO2 和 Al2O3 為主 , 其活性來源于火山灰作用 , 與所含的 SiO2 、Al2O3 及玻璃質(zhì)的球形顆粒有關(guān) 。

8、現(xiàn)結(jié)合錦屏一級水電站實(shí)際 ,對粉煤灰抑制 AS R 作用進(jìn)行試驗(yàn)研究 。骨料為當(dāng) 地具有活性的變質(zhì)石英砂巖 , 按 DL / T5151 - 2001 中規(guī)定的砂漿棒快速法和混凝土棱柱體法對變質(zhì)石英砂巖的堿活性進(jìn)行檢驗(yàn)的結(jié)果 ( 見圖 1) 表明 , 該變圖 1 變質(zhì)石英砂巖堿活性檢驗(yàn)結(jié)果圖 2 粉煤灰摻量對砂漿膨脹率的影響圖 3 粉煤灰摻量對膨脹抑制率的影響312粉煤灰摻量對 AS R 膨脹抑制率的影響粉煤灰摻量對砂漿 14d 膨脹抑制率的影響見圖3 。試驗(yàn)結(jié)果表明 , 隨著粉煤灰摻量的增加 , 粉煤灰 對活性骨料 ASR 膨脹的抑制率也增大 。當(dāng)粉煤灰的摻量大于 20 %時 , 粉煤灰對活

9、性骨料 ASR 膨脹的抑制率趨于平緩 。313膠凝材料中的堿含量對抑制 AS R 膨脹效果的 影響為了進(jìn)一步探討粉煤灰的抑制效果 , 在不同膠 凝材料堿含量條件下進(jìn)行了砂漿膨脹率試驗(yàn) 。膠凝材料中堿含量分別為 016 % 、019 % 、1125 %和 210 %時的砂漿膨脹率試驗(yàn)結(jié)果見圖 4 。由試驗(yàn)結(jié)果可以看出 , 膠凝材料中的堿含量越高 , 活性骨料的 AS R膨脹率越大 。314與非活性骨料的砂漿膨脹率比較摻 20 %粉煤灰時活性骨料的砂漿膨脹率與非 活性骨 料 砂 漿 膨 脹 率 的 比 較 見 圖 5 。試 驗(yàn) 結(jié) 果 表明 ,摻 20 %的粉煤灰時 , 其活性骨料的砂漿膨脹率 低

10、于在相同水泥含堿量 ( 不摻粉煤灰) 時非活性骨料的砂漿膨脹率 。315粉煤灰抑制 ASR 效果評價活性骨料的 ASR 膨脹率隨著粉煤灰摻量的增 加而逐漸減小 , 表明摻一定量的粉煤灰對于活性骨料的 ASR 有著明顯的抑制作用 。當(dāng)粉煤灰摻量達(dá)41到 20 %時 , 其 14d 膨脹率小于 011 % , 測試時間延長至 28d , 其膨脹率也未超過 011 % 。從砂漿膨脹抑制 率來看 , 當(dāng)粉煤灰的摻量超過 20 % 時 , 砂漿膨脹抑制率的變化趨于平緩 。這表明粉煤灰摻量在 20 %及以上時 , 其抑制活性骨料 ASR 膨脹的效果明顯 。 當(dāng)粉煤灰摻量不低于 20 %時 , 活性骨料砂漿

11、膨脹率均小于同齡期的非活性骨料的砂漿膨脹率 。這表明 在摻 20 %粉煤灰時 , 將活性骨料應(yīng)用于實(shí)際工程中 具有一定的安全性 。物質(zhì)并具有水硬活性 。結(jié)合官地水電站對磷渣抑制ASR 進(jìn)行試驗(yàn)研究 。骨料為當(dāng)?shù)氐慕堑[熔巖 , 采用 砂漿棒快速法和混凝土棱柱體法對巖石的堿活性檢驗(yàn)的結(jié)果 ( 見圖 6) 表明 : 該角礫熔巖為活性骨料 。411磷渣摻量對 ASR 膨脹的影響不同磷渣摻量下砂漿膨脹率曲線見圖 7 。由試 驗(yàn)結(jié)果可以看出 , 在水泥中摻入 30 % 的磷渣時 , 活性骨料的 14d 砂漿膨脹率由 01178 %降為 01062 % ;摻入 50 %的磷渣時 , 活性骨料的 14d 砂漿

12、膨脹率降 為 01031 % 。這表明隨著磷渣摻量的 增 加 , 活 性 骨料的 ASR 膨脹率將減小 。412磷渣摻量對 ASR 膨脹抑制率的影響磷渣摻量對砂漿 14d 膨脹率的影響見圖 8 。由 試驗(yàn)結(jié)果可以看出 , 當(dāng)水泥中的磷渣摻量由 30 %增 加到 40 %時 , 其對活性骨料 14d 砂漿膨脹的抑制率將 提高1313 % ; 摻量由30 %增加到50 %時 , 其對活4磷渣抑制 AS R 的試驗(yàn)研究磷渣的組成主要為硅酸鹽和鋁酸鹽 , 同時還存在部分小顆粒的晶體 。?；姞t磷渣具有較高的活 性 , 但在一般條件下 , 磷渣并不具有水硬性 , 只有在激發(fā)劑存在的情況下才能發(fā)生水化反應(yīng)

13、 , 形成膠凝圖 4堿含量對砂漿膨脹率的影響圖 5與非活性骨料砂漿膨脹率的比較圖 6角礫熔巖堿活性檢驗(yàn)結(jié)果圖 7 磷渣摻量對砂漿膨脹率的影響圖 8磷渣摻量對砂漿膨脹抑制率的影響42性骨料 14d 砂漿膨脹抑制率將提高 2018 % 。這表明隨著磷渣摻量的增加 , 磷渣對活性骨料 ASR 膨脹的 抑制率將提高 。413膠凝材料堿含量與抑制效果不同膠凝材料堿含量條件下磷渣抑制骨料 ASR膨脹的試驗(yàn)結(jié)果見圖 9 。由試驗(yàn)結(jié)果可以看出 , 當(dāng) 堿含量從 019 %增加到 210 %時 , 摻 40 %磷渣的 14d的砂漿膨脹率將增加 710 % ; 摻 50 %磷渣的 14d 的砂漿膨脹率將增加 81

14、0 % 。這表明膠凝材料中堿含量對骨料 AS R 的膨脹有著一定的影響 , 堿 含 量 越高 , 磷渣抑制骨料 ASR 膨脹的效果越差 。414磷渣與粉煤灰抑制 AS R 效果的比較在水泥中堿含量為 019 % 的條件下 , 進(jìn)行了單 摻磷渣和粉煤灰的抑制 ASR 的對比試驗(yàn) , 試驗(yàn)結(jié)果 見圖 10 。由試驗(yàn)結(jié)果可以看出 , 單 摻 30 % 的 磷 渣14d 的抑 制 率 比 單 摻 30 % 的 粉 煤 灰 的 抑 制 率 要 低3611 % ,28d 要低 3812 % 。這 表 明 在 同 等 條 件 下 磷 渣抑制骨料 ASR 膨脹效果遜于粉煤灰 。圖 9 水泥堿含量與抑制效果的試

15、驗(yàn)結(jié)果圖 10 磷渣與粉煤灰抑制效果的比較試驗(yàn)結(jié)果摻入 10 %的硅粉時 , 活性骨料的 14d 砂漿膨脹率降為 01003 % 。這表明隨著硅粉摻量的 增 加 , 活 性 骨 料 AS R 的 14d 膨脹率減小 。512 硅粉摻量對 AS R 膨脹抑制率的影響硅粉摻 量 對 砂 漿 14d 膨 脹 抑 制 率 的 影 響 見 圖13 。由試驗(yàn)結(jié)果可以看出 , 當(dāng)水泥中的硅粉摻量由6 %增加到 8 %時 , 其對活性骨料 14d 砂漿膨脹的抑 制率提高 412 % ; 摻量由 6 %增加到 10 %時 , 其對活 性骨料 14d 砂漿膨脹抑制率提高 416 % 。這表明隨 著硅粉摻量的增加

16、, 硅粉對活性骨料 ASR 膨脹的抑制率將提高 。513 硅粉與粉煤灰抑制 ASR 效果的比較在水泥中堿含量為 019 % 的條件下 , 進(jìn)行了單 摻硅粉和粉煤灰的抑制 AS R 的對比試驗(yàn) , 試驗(yàn)結(jié)果見圖 14 。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出 : 單摻 8 %硅粉時的 膨 脹抑制率與單摻30 %的粉煤灰時的膨脹抑制率435硅粉抑制 AS R 的試驗(yàn)研究硅粉含高量的無定形二氧化硅 ( 含量為 90 %96 %) , 二氧化硅的含量越高 , 其活性越大 。由于硅 粉顆粒極細(xì) , 因此硅粉微?？梢蕴畛涞交炷恋奈⒖紫吨?, 使混凝土更密實(shí) ; 且硅粉與水泥水化時析出的 CaO 產(chǎn)生水化反應(yīng)生成硅酸鈣 ,

17、提高了混凝土的 力學(xué)性能 。結(jié)合兩河口水電站對硅粉抑制 AS R 進(jìn)行試驗(yàn)研究 。骨料為當(dāng)?shù)氐哪噘|(zhì)砂巖 , 采用砂漿棒 快速法和混凝土棱柱體法對巖石的堿活性進(jìn)行檢驗(yàn)的結(jié)果 ( 圖 11) 表明 , 該泥質(zhì)砂巖為活性骨料 。511硅粉摻量對 ASR 膨脹的影響不同硅粉摻量下砂漿膨脹率曲線見圖 12 。由 試驗(yàn)結(jié)果可以看出 , 在水泥中摻入 6 %的硅粉時 , 活性骨料的 14d 砂漿膨脹率由 01239 %降為 01014 % ;圖 11泥質(zhì)砂巖堿活性檢驗(yàn)結(jié)果圖 12 硅粉摻量對砂漿膨脹率的影響圖 13硅粉摻量對砂漿膨脹抑制率的影響圖 14 硅粉與粉煤灰抑制效果的比較試驗(yàn)結(jié)果相當(dāng) , 表明在同等

18、條件下硅粉抑制骨料 AS R 膨脹效果要優(yōu)于粉煤灰 。1917 % 、1316 % 、1116 % 、715 % 和 418 % 。這 表 明 在水泥中摻入一定量的鋰鹽渣可以減少砂漿試件的 AS R 膨脹值 , 并隨著鋰鹽渣摻量的增加 , 活性骨料 的 AS R 的膨脹率將減小 。612 鋰鹽渣摻量對 AS R 膨脹抑制率的影響鋰鹽渣摻量對砂漿 14d 膨脹抑制率的影響見圖16 。試驗(yàn)結(jié)果表明 , 隨著鋰鹽渣摻量的增加 , 鋰鹽渣 對活性骨料 AS R 膨脹的抑制率也增大 。當(dāng)鋰鹽渣的摻量大于 20 %時 , 鋰鹽渣對活性骨料 ASR 膨脹的抑制率趨于平緩 。613 鋰鹽渣與粉煤灰抑制 AS

19、R 效果的對比在水泥中堿含量為 019 % 的條件下 , 進(jìn)行了單 摻鋰鹽渣和粉煤灰的抑制 ASR 的對比試驗(yàn) , 試驗(yàn)結(jié)果見圖 17 。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出 : 單摻 30 %的鋰鹽 渣時 , 其砂漿膨脹率略高于單摻 30 %的粉煤灰的砂 漿膨脹 率 , 其 14d 砂 漿 膨 脹 率 增 加 5 % 左 右 ; 單 摻40 %的鋰鹽渣時 , 其砂漿膨脹率高于單摻40 %的粉6鋰鹽渣抑制 AS R 的試驗(yàn)研究鋰鹽渣是用鋰輝石經(jīng) 1 200 煅燒后生產(chǎn)碳酸鋰的副產(chǎn)品 , 其主要成分為氧化硅 、氧化鋁 、氧化鈣 等 。由于鋰鹽渣含有較多的無定形二氧化硅 、三氧化鋁 , 具有較高的活性可以作為水工大

20、體積混凝土 的摻合料 ?，F(xiàn)結(jié)合錦屏一級水電站的實(shí)際 , 對鋰鹽 渣抑制 ASR 進(jìn)行試驗(yàn)研究 , 骨料采用當(dāng)?shù)氐淖冑|(zhì)石英砂巖 。611 鋰鹽渣摻量對 ASR 膨脹率的影響不同鋰 鹽 渣 摻 量 下 砂 漿 膨 脹 率 曲 線 見 圖 15 。 由 試 驗(yàn) 結(jié) 果 可 以 看 出 , 當(dāng) 鋰 鹽 渣 的 摻 量 分 別 為10 % 、20 % 、30 % 、35 % 、40 % 及 50 % 時 , 其 14d 砂漿膨 脹 率 分 別 為 不 摻 鋰 鹽 渣 對 比 試 樣 的 8116 % 、44圖 15 鋰鹽渣摻量對 ASR 膨脹率的影響圖 16 鋰鹽渣摻量對 ASR 膨脹抑制率的影響圖 1

21、7 鋰鹽渣與粉煤灰抑制 ASR 的比較煤灰的砂漿膨脹率 , 其 14d 砂漿膨脹率增加 22 %左右 。這表明在同等條件下鋰鹽渣抑制骨料 AS R 膨 脹效果要遜于粉煤灰 。的能力要優(yōu)于粉煤灰 , 而磷渣和鋰鹽渣的抑制 ASR效果則遜于粉煤灰 。參考文獻(xiàn) :7結(jié)語 1 姚燕. 新型高性能混凝土耐久性的研究與工程應(yīng)用 M . 北京 :中國建材工業(yè)出版社 , 2004 .王伶俐 , 姚燕. 重點(diǎn)工程混凝土耐久性的研究與工程應(yīng)用 M .北京 : 中國建材工業(yè)出版社 , 2000.李光偉 , 等. 粉煤灰抑制集料 AS R 有效性的評估 J . 水 力 發(fā) 電 , 2007 (5) .周麒雯 , 等. 磷渣抑制集料堿硅酸反應(yīng)的試驗(yàn)研究 J . 水利水 電科技進(jìn)展 , 2008 (2) .周